[發(fā)明專利]使用鋁金屬芯絲增材制造的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010195917.7
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111715974A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 帕特里克·貝魯比;格雷戈里·J·布拉默;劉雙
• 申請（專利權(quán)）人: 霍伯特兄弟有限責(zé)任公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/173;B23K9/32;B23K35/28
• 代理公司: 上海脫穎律師事務(wù)所 31259
• 代理人: 脫穎;施嘉薇

一種形成增材制造的鋁部件的方法包括在金屬芯鋁絲與所述增材制造的鋁部件之間建立電弧，其中所述金屬芯鋁絲包括金屬包鞘和布置在所述金屬包鞘內(nèi)的顆粒芯部。顆粒芯包含鋁金屬基納米復(fù)合物(Al?MMNC)，該鋁金屬基納米復(fù)合物包含鋁金屬基體和陶瓷納米顆粒。所述方法包括使用所述電弧的熱量熔化所述金屬芯鋁絲的一部分以形成熔化的液滴。所述方法包括：在惰性氣體流下將所述熔化的液滴轉(zhuǎn)移到所述增材制造的鋁部件上；并且在所述惰性氣體流下固化所述熔化的液滴以形成所述增材制造的鋁部件的沉積物。

相關(guān)專利申請的交叉引用

本申請是2015年8月28日提交的題為“SYSTEMS AND METHODS FOR ADDITIVEMANUFACTURING USING ALUMINUM METAL-CORED WIRE”的美國申請14/839,420號的部分繼續(xù)申請，所述美國申請主張于2015年2月25日提交的題為“鋁金屬芯焊絲(ALUMINUM METAL-CORED WELDING WIRE)”的美國臨時專利申請序列號62/120,752的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，每件所述美國申請的全部公開內(nèi)容出于所有目的通過引用的方式并入本申請中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及使用管狀鋁絲作為原材料的增材制造的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

增材制造系統(tǒng)通常涉及以自底向上方式的部件構(gòu)造。一般來講，在增材制造中，可以逐層沉積或?qū)訉盈B加的過程形成部件，由此原材料連續(xù)沉積在自身頂部上以逐漸形成(例如，建立或印刷)完整的部件。增材制造系統(tǒng)可用于快速原型制造，并且可以以高精度且很少浪費原材料的方式制造復(fù)雜部件。不同的增材制造系統(tǒng)可以使用不同類型的原材料，例如，金屬、聚合物和陶瓷，來構(gòu)造不同類型的部件。

鋁和鋁合金由于其相比于其他金屬相對較低的密度和高耐腐蝕性而廣泛用作構(gòu)造材料。例如，鋁合金可以提供在大約50兆帕(MPa)和大約700兆帕(MPa)之間的強度。由于鋁對氧具有高親和力，所以鋁部件制造會涉及使用惰性保護氣體來限制或防止形成氧化鋁(三氧化二鋁)和不希望的包含物。還希望制造具有相對較低孔隙率的鋁部件。這些孔的一個主要來源可能是在部件制造期間從正在凝固的金屬釋放并且在正在凝固的金屬內(nèi)部形成孔洞的氫氣。氫氣在鋁部件制造期間可通過含氫材料(例如，水分或有機材料，如，潤滑油)的分解而形成。因此，希望防止含氫材料被引入到增材制造環(huán)境中。

通過納米顆粒增強的合金由于這種合金經(jīng)常具有的新穎的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)而已經(jīng)在近年中獲得關(guān)注。納米顆粒可以表現(xiàn)出與對應(yīng)的微顆粒和整體材料不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，從而為各種領(lǐng)域中的許多應(yīng)用提供更有效的選擇。例如，納米顆粒可以用于表面工程中以改進耐磨料磨損性或者影響潤滑劑的摩擦學(xué)性質(zhì)；在電子應(yīng)用中用以改變性質(zhì)例如導(dǎo)電性、強度和磁性；并且在焊接或增材制造應(yīng)用中用以改進機械性能例如楊氏模量、拉伸強度、硬度和疲勞強度。

發(fā)明內(nèi)容

在實施例中，一種形成增材制造的鋁部件的方法包括在金屬芯鋁絲與所述增材制造的鋁部件之間建立電弧，其中所述金屬芯鋁絲包括金屬包鞘和沉積在所述金屬包鞘內(nèi)的顆粒芯部。顆粒芯包含鋁金屬基納米復(fù)合物(Al-MMNC)，所述鋁金屬基納米復(fù)合物包含鋁金屬基體和陶瓷納米顆粒。所述陶瓷納米顆粒可以具有在25nm和250nm之間的平均粒度。所述方法包括使用所述電弧的熱量熔化所述金屬芯鋁絲的一部分以形成熔化的液滴。所述方法包括：在惰性氣體流中將所述熔化的液滴轉(zhuǎn)移到所述增材制造的鋁部件上；并且在所述惰性氣體流下固化所述熔化的液滴以形成所述增材制造的鋁部件的沉積物。

在實施例中，一種增材制造系統(tǒng)包括焊炬，所述焊炬被配置成接收保護氣體和金屬芯鋁絲。所述金屬芯鋁絲包括金屬包鞘以及布置在所述金屬包鞘內(nèi)的顆粒芯部。所述顆粒芯包含Al-MMNC，所述Al-MMNC包含鋁金屬基體和陶瓷納米顆粒。所述焊炬被配置成在所述金屬芯鋁絲與增材制造的部件之間建立電弧。所述焊炬被配置成在所述保護氣體的氛圍下使用所述電弧的熱量形成所述金屬芯鋁絲的熔化部分；并且將所述熔化部分轉(zhuǎn)移到所述增材制造的部件上以在所述保護氣體的氛圍下形成所述增材制造的部件的沉積物。